11. Расчет н/п с лупингами и вставками

На практике в ряде случаев трубопроводы оборудуются па­раллельными участками (лупингами), а также участками друго­го диаметра (вставками). В этом случае гидравлический уклон на таких участках будет отличаться от гидравлического уклона основной магистрали. Согласно уравнению неразрывности для трубопроводов без сбросов и подкачек

Q = w₁*F₁ = w₂ * F₂ = w_n • F_n = idem

где w1…wn- скорость течения жидкости в сечениях F₁..F_n.

Так как точки М и N принадлежат одновременно и к ма­гистрали и к лупингу, можем записать гидравлический уклон на участке трубопровода с лупингом

ω— поправка, учитывающая изменение гидравлическо­го уклона на участке трубопровода с лупингом,

На участке со вставкой величина гидравлического уклона равна

Потери напора в трубопроводе с лупингом (вставкой) находят­ся сложением аналогичных величин по его отдельным участкам

С учетом формулы (3.33) можем переписать (3.37) в виде

Аналогично выполняется расчет потерь напора в трубопрово­де со вставкой.

12.Расчетная длина н/п. Определение перевальной точки в маг. н\де. Ближайшая к нач. т.\да возвышенность на трассе, от кот.-й н. с требуемым расходом приходит к конечн. пункту самотеком, наз.-ся перевальной точкой. напор в месте распол.-я перевальной точки больше или равен сумме остаточного напора и потерь напора на участке между ними.

Необх. исследовать трассу т\да на наличие перевальной точки рис. Для этого снач. на сжатом профиле трассы в конечн. пункте н\да откладывают величину остаточного напора h_ост, а затем из полученной точки проводят линию гидравл. уклона 1. Если она пересекает, то п. точка существует и требуется определить ее местонахождение. С этой целью проводят семейство линий, параллельных линии гидравл. уклона, пока не найдут ту единст.-ую 2, кот. лишь касается профиля трассы. Точка касания и является перевальной (π). Докажем это:

На рис.отрезок NK изображает остат.-ый напор в конеч. пункте (точка К), а линия BN-линию гидрав. уклона. Напор,нужный чтобы нефть дошла от π до К, =BS, т. к. он = SK на гидравлический уклон tgα, т.е. SK·tgα. Напор жидкости в т. π относительно точки К равен z_-π— z_к Т. к. (z_-π— z_к) > BS, то жидкость от т. π до точки К с проектным расходом дойдет. От любой др. т.,левее т. π, жидкость до К не дойдет, т. к. не будет обладать энергией, достаточной для подъема на π. Не дойдет и от точек, м\ду т. А и К, т.к. в них напор жидкости < потерь на трение при проектном расходе. От любой точки, м\ду π и А, жидкость до конца т\да с проектным расходом дойдет, но ближе всех к его началу наход. π. Поэтому достаточно доставить жидкость только до нее. Т.о., π является перевальной по определению.

13. Уравнение баланса напоров

N_э*h_n+n*H_CT=l,02*f*Q²-^m*L_P + Δz + N_э*h_OCT. (3.46)

Формула (3.46) называется уравнением баланса напоров. Оно читается так: расход в трубопроводе устанавливается сам со­бой (автоматически) таким образом, чтобы суммарный напор, развиваемый всеми работающими насосами, был равен напо­ру, необходимому для ведения перекачки. Графической интерпретацией уравнения баланса напоров яв­ляется совмещенная характеристика нефтепровода и нефтепе­рекачивающих станций. Пусть кривая 1 на рис. 3.14 изображает характеристику трубопровода, а кривая 2 — суммарную напор­ную характеристику всех работающих на НПС насосов. Точка пересечения характеристик называется рабочей точкой (А), ко­торая характеризует требуемый напор Н_А и пропускную способ­ность Q_A нефтепровода при заданных условиях перекачки.

Рис. 3.14. Совмещенная характеристика нефтепровода и нефтеперекачивающих станций:

/ — характеристика трубопровода; 2 — характеристика нефтеперекачивающих

станций

Уравнение баланса напоров позволяет находить расход, уста­навливающийся в трубопроводе, аналитически. Если прене­бречь (в силу того, что N_э*h_n<< п*Н_ст) зависимостью напора подпорных насосов от подачи, а суммарный напор магистраль­ных насосов представить формулой Н_ст =A-BQ^{2- m}, то урав­нение (3.46) можно записать в виде

N_э*h_п+n*(A-B*Q²-^m) = l,02*f*Q^2-m*L_P + Δz + N_э*h_OCT. (3.47) Решая его относительно расхода, получаем

(3.48)

Определение числа перекачивающих станций

На этапе проектирования нефтепроводов, когда требуемая (плановая) производительность нефтепровода Q_пл задана, урав­нение баланса напоров используется для определения расчет­ного числа нефтеперекачивающих станций п₀. Полагая п = n₀

(3.49)

В формуле (3.49) напор станции определяется при использо­вании роторов наибольшего диаметра из предусмотренных для данного типа насосов.

Как правило, значение n₀ оказывается дробным и его следует округлить до целого числа.

Рассмотрим вариант округления числа ПС в меньшую сто­рону (рис. 3.15). При п < п₀ напора станций для обеспечения плановой производительности Q_пл недостаточно, поэтому не­обходимо уменьшить гидравлическое сопротивление трубопро­вода прокладкой дополнительного лупинга (устройством встав­ки большего диаметра) или применением противотурбулентной присадки. При этом характеристика трубопровода станет более пологой и рабочая точка А₁ сместится до положения А₂.

Рис. 3.15. Совмещенная характеристика нефтепровода при округлении числа НПС в меньшую сторону:

1 — характеристика трубопровода постоянного диаметра; 2 — характеристика трубопровода с лупингом; 3 — характеристика нефтеперекачивающих станций (n<n0). Необходимую длину лупинга lл для обеспечения проектной производительности числом станций п < п₀ определим следую­щим образом.

Аналогичное выражение можно получить и для длины встав­ки большего диаметра

При округлении числа перекачивающих станций п₀ в большую сторону, в трубопроводе установится расход Q > Q_пл (рис. 3.16). Если нет возможности обеспечить такую производительность, требуется снизить напоры нефтеперекачивающих станций. Уменьшить напоры НПС можно следующими способами: от­ключением части насосов, установкой сменных роторов, умень­шением числа оборотов вала насоса, а также обточкой рабочих колес.

Рис. 3.16. Совмещенная характеристика нефтепровода при округлении числа НПС в большую сторону:

1 — характеристика трубопровода; 2 — суммарная характеристика п НПС без регулирования (n>n0); 3 — то же с регулированием

Наиболее рациональным является обеспечение плана пе­рекачки числом станций п > п₀ путем переменного включения и отключения части насосов на НПС. При циклической пере­качке эксплуатация нефтепровода осуществляется на двух ре­жимах (рис. 3.17): часть планового времени τ₂ перекачка ведется на повышенном режиме с производительностью Q₂>Q (напри­мер, если на каждой НПС включено т_м магистральных насо­сов). Остаток времени τ₁ нефтепровод работает на пониженном режиме с производительностью Q₁<Q (например, если на каж­дой НПС включено т_м— 1 магистральных насосов).

Параметры циклической перекачки определяются решением системы уравнений

V_юд — плановый (годовой) объем перекачки нефти,

V_год— 24Np • Q_пл; τ₁ τ₂ — продолжительность работы неф­тепровода на первом и втором режимах.

Значения Q₁ и Q₂ определяются графически из совмещенной характеристики нефтепровода и нефтеперекачивающих станций либо аналитически.

Рис. 3.17. Совмещенная характеристика нефтепровода при циклической перекачке:

/ — характеристика нефтеперекачивающих станций до отключения части на­сосов; 2 — характеристика нефтеперекачивающих станций после отключения части насосов; 3 — характеристика трубопровода

Решение системы (3.64) сводится к вычислению времен τ1 и τ2

Расстановка перекачивающих станций по трассе нефтепровода

Расстановка перекачивающих станций выполняется графи­чески на сжатом профиле трассы. В основе метода лежит уравнение баланса напоров.

Допустим, что в работе находятся три перекачиваю­щие станции (рис. 3.18), оборудованные однотипными магист­ральными насосами и создающие одинаковые напоры Н_ст1 = Н_СТ2 = H_CT3. На головной НПС установлены подпорные насо­сы, создающие подпор hп. В конце трубопровода (эксплуатаци­онного участка) обеспечивается остаточный напор h_ocт

Рис. 3.18. Расстановка перекачивающих станций по трассе нефтепровода методом В. Г. Шухова

Из начальной точки трассы вертикально вверх отложим отре­зок АС, равный суммарному напору, развиваемому подпорными насосами и перекачивающими станциями, АС = h_n+ nH_cт а из конечной точки отрезок В₁В, равный остаточному напору h_осг Соединив точки С и В получаем ли­нию гидравлического уклона с учетом местных сопротивлений.

Местоположение на трассе промежуточных НПС определя­ется проведением линий, параллельных линии гидравлического уклона через вершины отрезков Н_ст1 и Н_ст1+Н_ст2 Расположение второй нефтеперекачивающей станции на профиле трассы соот­ветствует точке М, а третьей — точке N.

Добавляя к напору станции подпор h_п передаваемый ГНПС, получим линию распределения напоров по длине нефтепровода.

Докажем, что местоположение второй НПС определено верно. Суммарный напор, развиваемый ГНПС, равен h_n+ H_CT. Этот на­пор равен сумме потерь напора 1,02 • i • l₁ разности нивелирных высот Δz_l = z_M— z_A, а также остаточного напора на входе во вторую НПС. Таким образом, на перегоне между ГНПС и НПС-2 урав­нение баланса напоров при проектной производительности вы­полняется. Следовательно, положение НПС-2 найдено верно.

14.Н\ды со сбросами и подкачками. Перекачка н. по маг. н\дам нередко сопровождается отборами (сбросами) н. для снабжения попутных потребителей. Сбросы м. б. непрерывными и периодическими. Непрерывный - для пополнения запасов близлежащих н\баз.

В случае прохождения трассы н\да вблизи н\промыслов, м. б. организована подкачка н. в т\д. В зависимости от мощности месторождения подкачка т.ж. м. б. непрерывной или периодической.

Рассмотрим режимы работы при периодических сбросах и подкачках. Предположим, что пункт сброса (подкачки) расположен на территории с-й ПС. Участок от нач т.\да до пункта сброса назовем левым, а от пункта сброса до кон. пункта н\да правым.

Н\д со сбросом. Наличие попутного сброса равнозначно параллельному подключению к осн. магистрали, т.е их характеристики складываются

Раб. т. М₂ оказалось правее, т.е. производит.-ть откачки н. с головн. станции увелич.-ся, собств.-е диф. напоры станций, расположенных слева уменьш.-ся. Из-за увел.-ся произв.-ти на лев. участке стан.-ся больше величина гидр. уклона.

Это привод к тому, что по мере увеличения номера НПС их подпор уменьшается (наклон больше) и самое слож. положения с С-й станции (с т. зрения безкав-го режима).

Совм. характеристика насосн. станции и т\да:

Определим крит. знач.-я расхода Q_KP и сброса q_Kp, соответствующие мин.-му доп.-у подпору на ней

Примем, что все НПС оборудованы однотипными насосами. Тогда напор - А,В — коэф. суммарной напорной характеристики маг.-х насосов пс, Для левого участка т\да ур.-е баланса напоров в случае перекачки с критическим сбросом имеет вид где ∆Z_лев — разность геодез. отметок конца и нач. участка н\да до места сброса,:

Для опред.-я величины критич. сброса q_KP, запишем ур-е баланса напоров для правого участка т\да

Самый большой напор будет на выходе n-й НПС. Его величина не должна превышать H_ПСmax. Найдем величину критич. сброса из условия, что Выражаемq_KP:

Если треб. велич. сброса превышает доп.q_KP, то необходимо прибегнуть к регулированию. Если величина сброса лимитируется подпором какой-либо НПС, то надо уменьшить произв.-сть н\да (дросселированием) или уменьшив напоры станций за пунктом сброса. Если же величина сброса лимитируется напором ,уменьшают напоры и увел. гидрав. сопротивление в левой части т\да.

Н\д с подкачкой. В случае подкачки гидр. сопротивление правого участка т\да возрастает, что приводит к уменьшению расхода нефти, откачиваемой с ГПС. Вследствие этого подпоры на входе НПС, распол.-х на левом участке н\да, будут возрастать и достигнут наибол. знач. у станции, где производится подкачка, то есть на с-й НПС. В правом участке расход увеличится на величину подкачки, что приведет к уменьшению подпоров НПС, расположенных в правой части т\да.

Т. о., Крит. подкачку q_KP надо находить из 2-х условий: 1) напор на выходе с-й НПС достигает max доп.-го значения Н_ПСmax; 2) подпор на n-й НПС равен мин. доп. величине ∆H_min.

15.Увеличение производительности н\да

1. Хар.-ка насосной станц.;2- Хар.-ка т\да.; М- раб. т.

Увелечение произв.-ти означает перемещение раб. т. вправо и это возможно сделать 2-мя способами.

Удвоение числа НПС

М в 2 раза выше.

Запишем ур.-е баланса напоров

в н\де установится производительность

2. Q_x/Q =χ_НПС – коэф. увеличения пропускной способности при удвоении числа НПС, получим

Уч.-я, чтои обозначивм. записать выражние:

Величина W представляет собой соотношение крутизны суммарной характеристики первонач. кол.-ва ПС к крутизне хар.-ки т\да.

Если принять, что напор ПС не зависит от подачи, т.е. В=0. Тогда формула примет вид: При турбулентном режиме производительность увеличиться на 41...49 %

Прокладка лупинга. Из ур.-я баланса напоров для т\да, имеющего лупинг длиной l_Л,

Т.е., увеличение подачи зависит от l_Л, соотношения диаметров оси маг. и лупинга и реж. течения.

Для D=D_Л ламинар. реж. теч.:

Если l_Л= L_{P ,} χ_луп=2. Зная значение на кот. необх. увел.-ть пр.-ть м. расчит. длину лупинга.